电力机车节能与优化操纵研究

【摘要】：本文建立了HXD3型电力机车的能耗模型,并使用同一区段的实际运行数据对其进行验证,提供了一种适用于只有运行数据和线路数据的能耗计算方法。以该模型为基础,使用遗传算法对固定区段进行了编码计算,求取了运行能耗最小的优化操纵方法,并给出牵引——惰行——牵引模式节能的一般性结论。从实践的角度出发,通过实地实验的方法,给出了对于恒速、波动操纵模式定性与定量的对比分析。根据得出的结论,编制了适用于HXD3型电力机车的,集查询分析、操纵培训为一体的软件系统,并使用模糊评判机制对驾驶员打分,以供各路局使用。 首先,为了实现对任意区段进行分析计算的目的,对HXD3型电力机车能耗组成(基本阻力做功、曲线阻力做功、坡道阻力做功、制动力做功、空转能耗)进行了分析,根据济南铁路局提供的线路数据、实际运行数据,以及《牵引计算规程》建立了能耗模型,并且以东风——济南西区段为例,使用实际运行数据对模型进行了验证,并进行误差分析。 其次,针对优化操纵的非线性,不连续,多约束等特点,进行了优化方法的对比与选取,以东风——王村区段为例,选定初始种群,约束条件,适应度函数,并使用遗传算法对列车操纵手柄位、工况以及速度值进行编码。经过了选择、交叉、变异等操作,直到适应度值达到最大,最终得到了该区段节能效果最佳的操纵方法。与同一区段下实际运行数据相对比,节能近30%。 再次,为了对实际操纵方法进行研究对比,以实地实验的形式,对郑旺—沭埠岭区间内低速操纵——高速操纵、锯齿形操纵——平稳操纵,两种操纵模式进行了定性的探讨。之后模拟两种模式的运行曲线,结合已建立的能耗模型,量化的得出了同一编组列车、同一线路、同一距离的情况下,两种操纵模式的节能结论以及变化规律。 最后,将各线路数据以及实际运行数据导入数据库,同时保留数据原Excel格式,以双数据源的形式,编制了具有运行曲线绘制、基于二分法的快速坐标查询、专家修改评判模块、能耗计算等功能的查询分析系统；同时根据HXD3的操纵特点,设计了联动式手柄操纵的培训平台。以已得出的优化数据为基准,采用模糊综合评判机制,对驾驶员操纵进行评价,使驾驶员形成最优驾驶习惯。 【关键词】：优化操纵 节能 遗传算法 查询分析 培训
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U264
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 当前存在的问题13-14
• 1.4 论文主要研究内容14-16
• 2 HXD3型电力机车能耗模型的分析与建立16-28
• 2.1 问题描述与简化16-18
• 2.1.1 问题描述与分析16
• 2.1.2 运行及计算条件的简化16-17
• 2.1.3 文中参量的符号说明17-18
• 2.2 HXD3型电力机车能耗模型建立18-21
• 2.3 模型的实例验证21-25
• 2.4 误差分析25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 3 胶济线上HXD3型电力机车最佳操纵方法求解28-48
• 3.1 遗传算法的选用依据28-30
• 3.2 参数确定30-35
• 3.2.1 目标函数的确定30-32
• 3.2.2 约束条件32
• 3.2.3 编码方法32-33
• 3.2.4 适应度函数33-34
• 3.2.5 遗传算子34-35
• 3.3 遗传算法求解过程35-45
• 3.3.1 选定初始种群35-39
• 3.3.2 计算过程39-45
• 3.4 计算结果及分析45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 HXD3型电力机车实际操纵优化方法的实验探讨48-64
• 4.1 实验项目及目的48-49
• 4.1.1 实验项目48
• 4.4.2 实验目的48-49
• 4.2 实验方案49
• 4.3 实验过程49-51
• 4.3.1 天气和列车编组50
• 4.3.2 准备工作50
• 4.3.3 实验操纵情况50-51
• 4.4 实验数据分析与结论51-60
• 4.4.1 获取的实验数据51-54
• 4.4.2 各阶段能耗计算54-59
• 4.4.3 实验结论59-60
• 4.5 实验的拓展量化分析60-63
• 4.5.1 恒速运行量化分析60-61
• 4.5.2 波动运行量化分析61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 HXD3优化操纵培训与评价系统软件设计64-90
• 5.1 数据源的选用及配置64-69
• 5.1.1 数据源选用依据64-65
• 5.1.2 数据的格式与导入65-69
• 5.2 查询分析系统软件设计69-81
• 5.2.1 查询分析系统总体设计69-70
• 5.2.2 数据导入/查询70-73
• 5.2.3 线路与运行信息的绘制73-76
• 5.2.4 基于二分法的运行信息查询76-77
• 5.2.5 专家评判模块77-79
• 5.2.6 能耗计算与图像操作79-81
• 5.3 培训系统设计81-88
• 5.3.1 培训系统软件设计81-84
• 5.3.2 模糊综合评价84-88
• 5.4 本章小结88-90
• 6 结论与展望90-92
• 6.1 结论90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-94
• 作者简历94-98
• 学位论文数据集98

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